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锂电池结构及工作原理
所属分类:
锂电池安防
发布时间:2018-01-28 阅读量:166
通常我们讲的动力锂电池是指锂离子电池,锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜以及外部连接、包装部件构成,各类锂离子电池(圆柱形、方形、软包及纽扣型等)结构简图如下所示:
正极、负极统称电池的电极,包含活性电极物质、导电剂、粘结剂等物质,并均匀分布于集流体上。通常的正、负极集流体分别为铝箔、铜箔。锂离子电池的正极电位较高,常为嵌锂过渡金属氧化物,或者聚阴离子化合物,如LiMOx与LiMPO4(M多为过渡金属,如Co、Ni、Mn、Fe、V等元素的一种或多种)。锂离子电池负极物质通常为碳素材料,如石墨和非石墨化碳等(新型负极材料如纳米过渡金属氧化物等)。锂离子电池电解液主要为非水溶液,由有机混合溶剂和锂盐构成。其中溶剂多为碳酸之类有机溶剂,辅以醚类、羧酸之类溶剂等。锂盐多为单价聚阴离子锂盐,如LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiN(CF3S02)2(双三氟甲烷磺酰亚胺锂,LiTFSI)、LiB(C2O4)2(双乙二酸硼酸锂,LiBOB)等物质。锂离子电池隔膜多为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或者二者的复合(PP/PE/PP)微孔膜[15]。起到隔离正、负极物质,防止电子通过引起短路,同时能让电解液中离子通过的作用。
作为二次电池,锂离子电池的工作原理如图:
在充电过程中:锂以离子形式从正极脱出由电解液传输穿过隔膜,嵌入到负极中;电子由外电路迁移到负极。在放电过程中:电池内部锂离子从负极脱出、穿过隔膜,嵌入到正极中:电子由外电路迁移到正极。随着充、放电过程的进行,锂离子在正、负极物质间脱嵌、迁移。锂离子电池的工作原理可以由以下几式表达:
锂离子电池具有电压平台高、能量密度高、使用寿命较长、具备高功率承受力、无记忆效应、自放电率低及绿色环保等诸多优点,但同时也有热失控的风险,引进而发燃烧爆炸,特别是锂电池作为现在新能源汽车的动力来源,对于锂电池系统的安全监控和防护,对于保证人员和财产安全至关重要。
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